Конструирование микросхем и микропроцессоров

прямому резистору. В данном случае резистор изготовляется прямым.

9. Определение ширины резистора по мощности рассеяния:

[pic]

10. Определение основного размера по заданной точности:

[pic], где (l=(b=0,02 при условии, что коэффициент формы больше

единицы.

11. Выбор основного размера:

[pic] ( b = 0,82 мм

12. Определение длины резистора:

[pic]

13. Проверка проведенных расчетов:

[pic]Ом ( расчет выполнен правильно !

На этом этапе мы рассчитали первый резистор из второй группы (R2).

Расчет остальных резисторов этой группы аналогичен и далее не приводится.

Результаты расчета всех резисторов данной группы сведены в таблицу.

Таблица 9. Результаты расчет резисторов второй группы

|Резистор |Кф |bmin ( , мм|bmin p , мм|b, мм |l, мм |Вид резистора |

|R2 |2,8 |0,82 |0,0011 |0,82 |2,30 |Прямой, |

| | | | | | |неподстр. |

|R3 |9 |0,67 |0,052 |0,67 |6,03 |Прямой, |

| | | | | | |неподстр. |

|R4 |7 |0,70 |0,053 |0,70 |4,90 |Прямой, |

| | | | | | |неподстр. |

|R5 |2,5 |0,85 |0,0185 |0,85 |1,03 |Прямой, |

| | | | | | |неподстр. |

|R8 |2,5 |0,85 |0,36 |0,85 |2,13 |Прямой, |

| | | | | | |неподстр. |

|R11 |2 |0,91 |0,47 |0,91 |1,82 |Прямой, |

| | | | | | |неподстр. |

|R15 |2 |0,91 |0,00014 |0,91 |1,82 |Прямой, |

| | | | | | |неподстр. |

На этом расчет резисторов второй группы завершен. Все резисторы

получились прямыми и неподстраиваемыми. Вследствие этого размеры резисторов

минимальны, что позволит располагать их на подложке компактно и с

наибольшей степенью интеграции.

Расчет резисторов закончен !

Расчет контактных переходов для резисторов первой группы

1. Исходные данные для низкоомных резисторов: [pic], где

Rн - номинальное сопротивление резистора;

[pic]- относительная погрешность контактирования;

[pic] - удельное поверхностное сопротивление;

bmin - минимальная ширина резистора;

2. Рассчитаем максимально допустимое значение сопротивления

контактного перехода:

[pic]Ом;

3. Рассчитаем сопротивление контактного перехода:

[pic]Ом;

4. Проверка условия:

Rк доп должно быть больше, чем Rк п. Условие соблюдается.

5. Находим минимальную длину контактного перехода:

[pic]мм;

6. Находим реальную длину контактного перехода:

[pic]

Остальные резисторы данной группы удовлетворяют этому условию.

Расчет контактных переходов для резисторов второй группы

1. Исходные данные для высокоомных резисторов: [pic], где

Rн - номинальное сопротивление резистора;

[pic]- относительная погрешность контактирования;

[pic] - удельное поверхностное сопротивление;

bmin - минимальная ширина резистора;

2. Рассчитаем максимально допустимое значение сопротивления

контактного перехода:

[pic]Ом;

3. Рассчитаем сопротивление контактного перехода:

[pic]Ом;

4. Проверка условия:

Rк доп должно быть больше, чем Rк п. Условие соблюдается.

5. Находим минимальную длину контактного перехода:

[pic]мм;

6. Находим реальную длину контактного перехода:

[pic]

Остальные резисторы данной группы удовлетворяют этому условию.

Расчет геометрических размеров тонкопленочных конденсаторов, выполненных

методом свободной маски (МСМ)

1. Исходные данные:

а). конструкторские: [pic], где

Cн - номинальная емкость конденсатора;

(C - относительная погрешность номинальной емкости;

Up- рабочее напряжение на конденсаторе;

T(max C - максимальная рабочая температура МС;

tэкспл - время эксплуатации МС.

б). технологические: [pic], где

(((((( - абсолютная погрешность изготовления;

(lустан - абсолютная погрешность совмещения трафарета;

[pic]- относительная погрешность удельной емкости.

2. Выбор материала диэлектрика:

В качестве материала диэлектрика будем использовать “СТЕКЛО

ЭЛЕКТРОВАКУУМНОЕ”. Характеристики этого материала приведены в таблице:

Таблица 10. Материал диэлектрика конденсатора

|Материал |С0, пФ/мм2 |( |tg ( |Eпр, |(с, |S, %/1000ч|

| | | | |В/мкм |10-4 | |

|Стекло | | | | | | |

|электровакуумно|100 - 300 |5 - 6 |0,002 - |200 - |2 |1,5 |

|е С41-1 | | |0,005 |400 | | |

|НПО.027.600 | | | | | | |

3. Определение толщины диэлектрика:

[pic]мкм, где

Кз - коэффициент запаса, необходимый для обеспечения

надежностных характеристик и равный 2 - 4. Примем Кз = 2.

4. Определение удельной емкости по рабочему напряжению:

[pic]

5. Определение коэффициента формы конденсатора:

Для большей компактности микросхемы выберем коэффициент формы

конденсатора равным двум. Конденсатор такой формы удобнее разместить на

подложке, чем квадратный.

Кф = 2;

6. Определение относительной погрешности старения:

[pic], где

tисп - время испытания за которое определен коэффициент старения S;

tисп = 1000 часов.

7. Определение относительной температурной погрешности:

[pic]=0,0002(150-20)=0,026

8. Вычисление относительной погрешности:

[pic]= 0,23-0,115-0,026-0,075 = 0,014;

9. Определение удельной емкости по относительной погрешности:

[pic];

10. Определение вида конденсатора:

Результаты расчета показали, что конденсатор будет изготавливаться

неподстраиваемым. Это наиболее оптимальный вид конденсатора.

11. Выбор удельной емкости:

Удельная емкость выбирается из следующего соотношения:

[pic] и удовлетворять диапзону самого материала.

С0 = 300 пФ/мм2

12. Определение площади перекрытия обкладок:

S = Cн/C0 =3800/300 = 12,7 мм2;

13. Определение размеров верхней обкладки:

[pic];

[pic];

14. Определение размеров нижней обкладки:

[pic];

[pic];

15. Определение размеров диэлектрика:

[pic];

[pic];

16. Определение площади, занимаемой конденсатором:

[pic] мм2.

На этом расчет конденсатора закончен. Конденсатор получился

неподстраиваемым. Вследствие этого его размеры минимальны, что позволит

расположить его на подложке компактно и с наибольшей степенью интеграции.

Расчет конденсаторов закончен !

Выбор и обоснование топологии

1. Выбор топологии производится на основе принципиальной

электрической схемы данной микросхемы;

2. Выбран вариант технологического процесса - метод свободной маски;

3. Перечень конструкторских и технологических ограничений:

Оборудование имеет шесть позиций:

- низкоомные резисторы и подслой для контактных площадок

- высокоомные резисторы

- нижняя обкладка конденсатора и соединительные проводники

- диэлектрик конденсатора

- верхняя обкладка конденсатора и контактные площадки

- защитный слой;

4. Ограничение перечня элементов в пленочном исполнении;

5. Произведен расчет геометрических размеров элементов;

6. Определение необходимой площади подложки:

[pic], где Кзап=0,5-0,75

[pic]

Из перечня стандартных размеров выбираем подходящие размеры

подложки . Исходя из проведенных расчетов выберем подложку с размерами

12x20 мм.

7. При проведении граф-анализа данной схемы установлено, что все

пленочные и навесные элементы расположены в плоскости, и схема их

соединений удовлетворяет всем конструкторским и технологическим

требованиям.

Граф - анализ электрической принципиальной схемы

Рис. 3. Граф - схема

Топология

Рис. 4. Топология

Обоснование выбора корпуса

В

ыбор типоразмера корпуса произведен согласно геометрическим размерам

подложки. Выбор типоразмера корпуса произведен с таким расчетом, чтобы

подложка стандартных размеров с размещенными на ней элементами помещалась в

выбранный корпус. Корпус 1221.18-5 ГОСТ 17467-88. Корпус металлостеклянный

прямоугольной формы с продольным расположением выводов. Он обладает

следующими достоинствами:

o хорошо экранирует плату от внешних наводок;

o изоляция коваровых выводов стеклом обеспечивает наилучшую герметизацию и

устойчивость к термоциклированию;

o крепление крышки контактной сваркой обеспечивает хорошую герметизацию и

прочность;

o хорошо согласовывается с координатной сеткой.

Технологическая часть

Последовательность технологического процесса

1. Изготовление масок;

2. Подготовка подложек;

3. Формирование тонкопленочной структуры;

4. Подгонка номиналов;

5. Резка пластин на кристаллы;

6. Сборка;

7. Установка навесных элементов;

8. Контроль параметров;

9. Корпусная герметизация;

10. Контроль характеристик;

11. Испытания;

12. Маркировка;

13. Упаковка.

Методы формирования тонкопленочных элементов

О

сновными методами нанесения тонких пленок в технологии ГИМС являются:

термическое испарение в вакууме, катодное, ионно-плазменное и магнетронное

распыления.

[pic]

Термическое испарение в вакууме 10-3 - 10 -4 Па предусматривает

нагрев материала до температуры, при которой происходит испарение,

направленное движение паров этого материала и его конденсация на

поверхности подложки. Рабочая камера вакуумной установки (Рис. 5, а)

состоит из металлического или стеклянного колпака 1, установленного на

опорной плите 8. Резиновая прокладка 7 обеспечивает вакуум-плотное

соединение. Внутри рабочей камеры расположены подложка 4 на

подложкодержателе 3, нагреватель подложки 2 и испаритель вещества 6.

Заслонка 5 позволяет в нужный момент позволяет прекращать попадание

испаряемого вещества на подложку. Степень вакуума в рабочей камере

измеряется специальным прибором - вакуумметром.

Рис. 5. Методы осаждения тонких пленок

а) - термическое испарение в вакууме; б) - катодное распыление;

в) - ионно-плазменное распыление;

1 - колпак; 2 - нагреватель подложки; 3 - подложкодержатель;

4 - подложка; 5 - заслонка; 6 - испаритель; 7 - прокладка;

8 - опорная плита; 9 - катод-мишень; 10 - анод; 11 - термокатод

Катодным (ионным) распылением (Рис. 5, б) называют процесс, при

котором в диодной системе катод-мишень 9, выполненный из распыляемого

материала, оседающие в виде тонкой пленки на подложке 4. Ионизация

инертного газа осуществляется электронами, возникающими между катодом-

мишенью 9 и анодом 10 при U= 3-5 кВ и давлении аргона 1-10 Па.

При ионно-плазменном распылении (Рис. 5, в) в систему анод 10 - катод-

мишень 9 вводят вспомогательный источник электронов (термокатод 11). Перед

началом работы рабочая камера 1 откачивается до вакуума 10-4 Па и на

термокатод 11 подается ток, достаточный для разогрева его и создания

термоэлектронного тока (термоэлектронная эмиссия). После разогрева

термокатода 11 между ним и анодом 10 прикладывается U=200 В, а рабочая

камера наполняется инертным газом (Ar) до давления 10-1 - 10-2 Па -

возникает газовый плазменный разряд. Если подать отрицательный потенциал на

катод-мишень 9 (3-5 кВ), то положительные ионы, возникающие вследствие

ионизации инертного газа электронами, будут бомбардировать поверхность

катода-мишени 9, распылять его, а частицы материала оседать на подложке 4,

формируя тонкую пленку.

Определенная конфигурация элементов ИМС получается при использовании

специальных масок, представляющих собой моно- или биметаллические пластины

с прорезями, соответствующими топологии (форме и расположению) пленочных

элементов.

Для формирования сложных ТПЭ большой точности применяют

фотолитографию, при которой сплошные пленки материалов ТПЭ наносят на

подложку, создают на ее поверхности защитную фоторезистивную маску и

вытравливают незащищенные участки пленки. Существует несколько

разновидностей этого метода. Например, рпи прямой фотолитографии вначале на

диэлектрическую подложку наносят сплошную пленку резистивного материала и

создают защитную фоторезистивную маску, черз которую травят резистивный

слой. Затем эту маску удаляют и сверху наносят сплошную пленку металла

(например, алюминия). После создания второй фоторезистивной маски и

травления незащищенного алюминия на поверхности подложки остаются

полученные ранее резисторы, а также сформированные проводники и контактные

площадки, закрытые фоторезистивной маской.

Удалив ненужную более маску, на поверхность наносят сплошную защитную

пленку (например, SiO2) и в третий раз создают фоторезистивную маску,

открывая участки защитного покрытия над контактными площадками. Протравив

защитное покрытие в этих местах и удалив фоторезистивную маску, получают

плату ГИМС с пленочными элементами и открытыми контактными площадками.

Использованная литература

1. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу

“Конструирование микросхем и микропроцессоров”, МИЭМ, 1988

2. Романычева Э.Т., Справочник: ”Разработка и оформление конструкторской

документации РЭА”, Радио и связь, 1989

Оглавление

Задание на курсовое проектирование

............................................................ 2

Аннотация

............................................................................

............................ 4

Введение

............................................................................

............................... 5

Электрический расчет принципиальной схемы

............................................. 6

Данные для расчета размеров тонкопленочных элементов

.......................... 7

Расчет геометрических размеров резисторов

................................................ 8

Расчет контактных переходов

....................................................................... 13

Расчет геометрических размеров конденсаторов

........................................ 15

Выбор и обоснование топологии

................................................................. 17

Граф - анализ схемы

............................................................................

.......... 18

Топология

............................................................................

........................... 19

Обоснование выбора корпуса

....................................................................... 20

Последовательность технологического процесса

....................................... 20

Методы формирования тонкопленочных элементов

.................................. 21

Использованная литература

.........................................................................

23

Оглавление

............................................................................

......................... 24

Страницы: 1, 2